MO

45° — -, selon que l'on diminue ou que l'on augmente le pas; ce point

est peu éloigné de celui où le rendement local u^ est maximum, d'après la valeur de 3, n° 140, figure 216. lien résulte que la rotation • de l'aile produit un effet favorable au rendement mécanique des extrémités, quand elle diminue le pas ; elle produit, au contraire, un effet défavorable, quand elle augmente le pas.

11 arrive souvent aussi que l'on est obligé de modifier légèrement,

après exécution, le pas des hélices fondues d'une seule pièce, ce qui se fait en tordant les ailes autour de leur axe. L'opération réussit bien avec les hélices en bronze. L'angle de torsion c diminue nécessairement, de la circonférence au moyeu.

Enfin les ailes des hélices sont quelquefois libres de tourner autour de Taxe de leur emmanchement, et sont actionnées par un mécanisme, à l'intérieur du moyeu. On peut alors changer totalement leur orientation, même en cours de marche, soit à l'aide d'une tige traversant l'arbre sur toute sa longueur, soit par une transmission hydraulique.

Les plus anciennes dispositions de ce genre sont celles adoptées, vers 1879, par MM. Kirk et Hunl sur le Carys fortj et par M. Bevis surdifférents yachts à mature. La question était alors de ramener les ailes dans le plan diamétral, pour diminuer leur résistance à la marche à la voile ; c'est celle qui avait conduit à adopter les hélices Mangin en France, et à construire les arrières de navires à puits avec les hélices remontables.

Le problème a été repris avec les moteurs à pétrole, cette fois en vue d'obtenir le renversement de marche du bateau. Le mécanisme de M. Bevis, qui attelle une bielle sur chaque embase d'aile a été modifié par divers constructeurs, M. Tolch, M. Moysey, M. Mac-Glasson, etc. M. Winand et MM. Steves et Hill ont appliqué l'engrenage conique ; M. Marque à Londres, M. Drzewiecki à Paris, M. Maugas à Toulon, ont eu recours à un jeu de crémaillères. 11 s'agit de simples embarcations ou de très petits bâtiments.

L'emploi des turbines à vapeur, qui, de même que les moteurs à pétrole, n'ont qu'un sens de rotation, et qui, de plus, auraient besoin de conserver à peu près la vitesse de rotation normale quand la puissance diminue, ajoute à l'actualité du problème des hélices à pas réversible.

Le travail des ailes dans l'eau devient malheureusement très défectueux, dès qu'elles ont tourné d'un angle un peu étendu, parce que la forme de leur face travaillante n'a plus rien d'hélicoïdal. Dans la marche en arrière, les diverses parties de l'aile travaillent en sens contraire.

148. — Courbure et inclinaison des génératrices. — Les hélices peuvent se construire avec des génératrices courbes, aussi bien qu'avec des génératrices droites, et on a souvent cherché, dans la courbure des ailes suivant le rayon, un moyen d'accroître la pression sur la face travaillante et par suite le rendement mécanique.

Pour donner de la courbure aux ailes, il n'est pas besoin de recourir à l'emploi des génératrices courbes, car on peut découper des ailes courbes dans la surface de vis à filet carré.

Supposons que l'on se propose d'infléchir ainsi la ligne médiane Cd\

comme la figure 231 le représente en projection transversale. Le point correspondant à C\ sur la spire AB, en projection longitudinale, se trouve en C à une distance,

en arrière de Taxe XX. Le même point, dans le plan longitudinal de la

Fig. 231.

figure, se trouve en C" sur l'arrière de 0 à une distance égale à Oc.

Fig. 232.

Ainsi les ailes sont rejetées sur Tarrière, en même temps que recourbées en sens inverse du mouvement de rotation.

L'incliûaisoQ vers rarrière a l'avantage d'écarlerrextrémité des ailes, de Teau troublée par la carène ; elle doit être particulièrement avantageuse sur les hélices latérales. La forme représentée figure 231 est très généralement adoptée aujourd'hui. L'inclinaison habituelle est de 8"" à KV' sur l'arrière.

Fig. 238.

Pour ayoir la courbure dans le sens transversal, sans inclinaison sur l'arrière, comme sur la figure 232, l'emploi des génératrices courbes est

Fig 234.

indispensable. Les génératrices courbes permettent d'ailleurs toutes les combinaisons ; on peut incliner par exemple les hélices sur l'arrière et

les infléchir en même temps dans le sens contraire à la rotation, comme sur la figure 233 qui représente Thélice du Mytho ; Thélice du Mytho courbée en sens inverse de la direction habituelle, a eu un rendement satisfaisant.

Les hélices à génératrices courbes ont porté assez longtemps en France le nom d'hélices Hirsch, qu'elles doivent à un inventeur allemand accueilli par l'empereur Napoléon III. L'hélice Hirsch, qui fut essayée sur le Cuvier en 1863, est représentée sur la figure 234. La génératrice, qui forme aussi les arêtes, est exactement une spirale />= Ko», au delà du rayon Od; Tinvenleur affirmait avoir déterminé cette forme par le calcul, mais ses explications étaient obscures. L'hélice du Cuvier eut un mauvais rendement; elle réalisa, par contre, un avantage assez marqué sous le rapport des trépidations de l'arrière du navire, comme on pouvait le prévoir sans aucun calcul.

149. — Marche des navires avec une partie des hélices, les autres hélices étant débrayées. — L'adoption des hélices multiples mues par des moteurs distincts permet de réaliser, de plusieurs manières, la marche à petite vitesse, qui est la marche de service habituelle pour les bâtiments de guerre.

Sur le premier bâtiment rapide de la nouvelle flotte, le Milan^ à deux hélices, l'éventualité de la marche à une seule hélice n'a pas été prévue dans le projet de 1879; deux machines séparées par un manchon d'embrayage sont établies sur chaque arbre; on fait fonctionner les machines arrière seules, dans la marche à petite vitesse. La même disposition a été reproduite sur le Cécille. Elle a été adoptée sur des navires moins rapides, les cuirassés type Neptune. Le bénéfice réalisé sur le travail, quand, pour marcher au dixième de la puissance seulement, comme il peut arriver sur un navire rapide, on désembraie deux machines sur quatre, est sérieux ; il atteint 15 % d'après la courbe de la figure 208, dont nous nous sommes déjà servi pour évaluer le rendement u»; l'économie sur le charbon est bien supérieure à la précédente et celle obtenue sur l'huile de graissage et la main-d'œuvre des mécaniciens est bien supérieure encore; mais le rendement des hélices n'étant pas en cause, nous n'avons à entrer ici dans aucun calcul de détaiL

Sur la plupart des croiseurs et des cuirassés à deux hélices construits postérieurement, chaque arbre d'hélice est actionné par une seule machine. Pour réduire de moitié le volume de cylindres moteurs, dans la marche à faible puissance, il faut désembrayer l'une des hélices et marcher avec l'autre seulement.

L'expérience comparative entre les marches à une seule hélice et à deux hélices, à demi-vitesse, a été faite à plusieurs reprises. Sur 17s/y, par exemple, la vitesse de 10°,37 s'obtient en développant 130B chevaux indicés avec les deux machines et 1340 avec une seule machine; la consommation de charbon par cheval s'abaisse alors de 0%80 à 0^,61; la dépense de charbon par mille est de i.OOO kilogrammes avec les deux machines et de 832 kilogrammes avec une seule. Sur le Jemn mapeSf les deux résistances réalisées sont respectivement 1925 chevaux et20S3 chevaux, ei les deux consommations de charbon par mille pratiquemment égales, 1.897 kilogrammes avec deux hélices, 1.583 avec une seule. Une expérience faite sur le Neptune a été franchement favorable à la marche à deux hélices, l'angle de barre pour gouverner droit avec une seule hélice atteignant 9^ ; la consommation de charbon par mille, à la vitesse de9",39, a été de 1.776 kilogrammes avec deux hélices et de 1.838 avec une seule. L'expérience du Légevy qui, à 11",63, a développé 450 chevaux et 595 chevaux, en brûlant par heure 310 kilogrammes et 456 kilogrammes, dans les deux marches avec une et des deux hélices, n'est pas concluante, parce que Thélice inactive était embrayée. En résumé, la diminution de rendement des hélices ti^i jointe à l'effet du gouvernail, fait plus que compenser l'augmentation de rendement u du moteur, et le coefficient d'utilisation M est diminué quand on désembraie une hélice. L'augmentation de puissance, tantôt proportionnellement plus grande, tantôt proportionnellement plus faible que la diminution du charbon dépensé par cheval, fait, en moyenne, disparaître l'économie qu'on pouvait espérer. Les bâtiments à deux hélices font toujours travailler maintenant les deux hélices.

L'adoption des hélices triples a posé de nouveau la question, dans des conditions beaucoup plus favorables au désembrayage partiel des propulseurs. On a, en effet, deux moyens de réduire le volume des cylindres en marche, en désembrayant soit une, soit deux hélices, et, dans les deux cas, il n'y a pas à se servir du gouvernail pour marcher droit. De plus, la marche à une seule hélice place dans les conditions les plus économiques du fonctionnement des machines, quand on veut réaliser la moitié de la vitesse maximum. En effet, si nous acceptons pour exact le tableau donné au n^ 19 comme indication des consommations d'une même machine à diverses allures, nous voyons que la marche économique est celle qui correspond à 0,4 de la puissance maximum, ce qui, pour une seule machine, représente 0,133 de la puissance maximum des trois. Or, la réduction de puissance dans le rapport 0,133 correspond bien à la réduction de moitié pour la vitesse du navire.

Le problème méritant ainsi une étude attentive pour les bâtiments à

Fig. 23ô.

trois hélices, il est intéressant de consulter les quelques données recueillies jusqu'ici; nous les discuterons, tout d'abord, au point de vue du rendement des hélices v^.

La figure S3S donne, en ordonnées, les valeurs de M obtenues dans tous les essais des cuirassés Bouvety Charlemagne^ Gaulois^k une hélice, deux hélices, trois hélices, les vitesses en nœuds étant prises pour abscisses. Lorsque la valeur de M avec un même nombre d'hélices est connue pour plusieurs vitesses, les points ont été réunis par une courbe; la courbe est quelquefois prolongée au delà des points qui la déterminent, et ne fournit plus alors que des indications douteuses. Les résultats des essais du Dupuy-de-Lômej également inscrits sur la figure, ne peuvent pas servir à la discussion, parce que les hélices inactives étaient restées embrayées.

Le groupe des résultats assez incomplets des trois cuirassés parait indiquer qu'à demi-Altesse environ, à 8",8, la valeur de M descend de 3,92 à 3,67, ou du moins s'abaisse dans cette proportion, lorsqu'on désembraie les deux hélices latérales, pour marcher avec la machine centrale seule. Ce changement de valeur de M est uniquement dû aux variations de u et de u,, le coefficient de résistance k de la carène étant resté sensiblement le même. Nous avons donc, en distinguant par un accent les rendements u et Ui dans la marche à une seule hélice.

Si maintenant nous nous reportons, comme nous l'avons fait dans d'autres circonstances, à la courbe

de la figure 208, en y supposant les réductions de puissance,

Fn Fn

liî = 0,80 et -^ = 0,10.

qui correspondent à la marche à 8",5 avec une hélice et trois hélices, nous obtenons, respectivement,

H« = 0,880 et îî^ = 0,655; u u

cela nous donne, pour le rapport des deux rendements mécaniques du moteur,

(50 bis) îi' = ^ = 1,32.

D'après les deux égalités (50) et (50 bis)^ nous obtenons, pour le rapport des rendements d'hélice,

Cette très grande diminution du rendement mécanique des hélices, lorsque deux d'entre elles sont désembrayées sur trois, n'est pas uniquement due à la diminution de la résistance relavive 0, dans le rapport de 3 à 1. Elle doit être en partie attribuée au travail résistant des deux hélices désembrayées, dont l'importance a été révélée par les essais de la Kaiserin-Augusta.

La Kaiserin-Augusta est un des premiers croiseurs qui avait reçu trois hélices. Dans les essais exécutés avec une partie des machines seulement, on a tantôt désembrayé, et tantôt démonté les hélices des machines laissées au repos. On a pu constater ainsi que la rotation des deux hélices latérales désembrayées absorbe 740 chevaux, à la vitesse de 14",1, avec un recul de 0",37; la rotation de l'hélice centrale débrayée absorbe 2.600 chevaux environ, à la vitesse de 19'',3. Ces chiffres, quand on se rend compte du travail résistant d'un arbre dans les paliers et presse-étoupes, donnent une assez pauvre idée du rendement mécanique de Teau comme moteur faisant tourner les hélices •

Une particularité des essais de la Kaiserin-Augusia a été de donner des valeurs de M plus grandes, à vitesse égale, après démontage d'une ou deux hélices qu*avec les trois hélices en fonction.

Des courbes de valeurs de M telles que celles de la figure 235, combinées avec le tableau des consommations de charbon du n^ 19, permettent de déterminer la marche la plus économique du navire. Le tableau indique que, pour les cuirassés type CharlemagnCy à 8**, 5, quand les valeurs de M' varient dans le rapport 0,820, les consommations de charbon par cheval varient dans le rapport.

Par suite, la consommation par mille parcouru, avec une seule hélice, est, à la consommation avec trois hélices, dans le rapport

c^est-à-dire que les consommations sont pratiquement égales. Les expériences du Gaulois ne permettent pas de contrôler ces chiffres.

Pour la marche avec les trois hélices et celle avec les deux hélices latérales seules, rhélice centrale étant désembrayée, à la vitesse de 13°,5, les expériences ont donné :

Charlemagne .

Gaulois. • •

Moyennes

Valeur de M

trois hélices

deax hélices

CoDsommatioD par mille

(rois hélices

deax hélices

Enfin, pour comparer la marche avec une seule hélice et celle avec deux héUces, on a trouvé, sur le Bouvety à 9",25,

Valeur de M

deux hélices

une hélice

ConsommalioD par mille

deux hélices

une hélice

Les consommations par mille, soit calculées, soit observées, à vitesse égale et en marchant, soit avec une, soit avec deux, soit avec trois hélices, ne différeraient jamais entre elles de plus de 5 %, d'après les chiffres qui précèdent.

150. — Expériences de modèles sur le fonctionnement des hélices et sur la vitesse d'entraînement de l'eau. — La difficulté de faire, sans trop de dépense, des essais comparatifs concluants entre des hélices différentes, devait conduire à entreprendre des expériences de modèles. Le principe de la similitude dynamique, qui est applicable au moment de résistance des hélices, se prête malheureusement assez mal à l'étude de leur rendement mécanique. Le rendement (x^, en effet, de même que le rapport pi, n"* 140, 141, dépend, à un haut degré, du rapport entre la résistance directe ou par rencontre et le frottement, sous de faibles angles d'attaque, c'est-à-dire de lois auxquelles le principe de la similitude dynamique n'est pas applicable.

Quoiqu'il en soit, les expériences méthodiques, comprenant la comparaison exacte avec la résistance des hélices véritables E, et l'utilisation des navires M, ne peuvent manquer de donner, à la longue, des résultats étendus, corrigés des causes d'erreur les plus dangereuses, et conduisant à des applications pratiques.

La plus longue série d'études est celle qui a été commencée par W. Froude, et continuée par son fils M. R.-E. Froude, dans les bassins de Torquay et de Haslar, d'où est sortie la première application pratique du principe de la similitude dynamique. Le bassin de MM. Denny, à Dumbarton, rivalise maintenant avec celui de Haslar.

Les expériences anglaises se font toujours en suspendant Tliélice à un chariot spécial qui porte tous les appareils enregistreurs la concernant, et qui suit le modèle du navire dans le bassin. L'hélice fait un nombre de tours inversement proportionnel à la racine carrée du rapport de similitude, ce qui donne, pour sa vitesse circonférentielle U, comparée à celle de la grande hélice,

U, = bDXX-^ = U v/x-

Le moment moteur ^, la poussée R^ et la vitesse de translation V sont enregistrés exactement. La résistance du modèle à la marche est également mesurée; cette résistance est, comme on sait, influencée sensiblement par la présence de l'hélice.

Le travail de M. Froude constitue, à lui seul, une étude complète des hélices, résistance et rendement. Il n'est pas possible d'en donner ici une analyse complète, mais il sera utile d'indiquer la méthode suivie et les résultats principaux obtenus, pour en montrer l'importance et pour en faciliter l'intelligence dans le texte original.

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Kig. 236.

M. Froude étudie le fonctionnement de chaque modèle d'hélice dans deux séries d'expériences semblables, l'une faite sans modèle de navire, la seconde avec le modèle de navire placé devant l'hélice. Les nombres de tours N varient de la même manière dans lès deux séries.

Les deux vitesses de translation sont différentes, V^ pour rbélice seule» V pour le navire et l'hélice.

Considérons d'abord les expériences faites avec l'hélice seule. Pour une vitesse V^, prenons les nombres de tours pour abscisses ; traçons la courbe des poussées R^, celle des moments moteurs ^ et celle des rendement u^. M. Froude met le rendement sous une forme un peu inaccoutumée» en calculant la force rotative P qui, parcourant» par tour, une circonférence de longueur égale à l'avance réelle A, ferait le travail»

(53) PA = 2«gni;

il écrit ainsi